[發明專利]二次電池壽命測試方法

無效

• 申請號: 201310286490.1
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103353582A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 孫權;潘正強;馮靜;顏兆林;程龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 孫國棟

技術領域：

本發明涉及一種鋰離子電池循環壽命的預測方法，具體涉及時變溫度應力下鋰離子電池循環壽命預測方法。

背景技術：

循環壽命是衡量電池性能的重要指標之一，準確預測鋰離子電池循環壽命對其應用推廣具有非常重要的意義。然而，由于鋰離子電池性能退化機理的復雜性，其循環壽命預測一直是一項充滿挑戰性的工作。

研究表明，鋰離子電池性能受環境溫度影響較大。桂長清等通過對不同溫度下LiFePO₄鋰離子動力電池性能試驗數據的研究，得出溫度越高LiFePO₄電池可用容量越大，循環壽命越短的結論。Bloom等對鋰離子電池日歷壽命和循環壽命進行了研究，通過步進應力加速退化試驗，建立電池內阻和功率密度兩個性能特征量的加速退化模型，并對不同溫度下鋰離子電池日歷壽命和循環壽命進行了預測。孟祥峰等通過對某恒定溫度下錳酸鋰離子動力電池容量退化曲線的研究，外推出其偽循環壽命，并利用威布爾分布對偽壽命數據進行了電池壽命建模。然而，上述研究均是在恒定溫度應力條件下開展的，對試驗條件、試驗設備和數據采集手段要求較高，其中高精度溫控設備必不可少，限制了上述方法在工程中的應用，尤其是不具備高精度溫控設備的鋰電池中小企業。

鋰離子電池失效機理表明，在不控制溫度的試驗條件下，溫度應力會隨試驗環境條件變化而變化，導致鋰離子電池性能測試值往往呈現出復雜的動態變化，而這種變化數據中蘊含了豐富的電池壽命信息，以及電池壽命與溫度的關聯信息，若能采用一定的數據建模手段對此類信息進行有效挖掘，則可在無溫控試驗條件下實現電池循環壽命預測。進一步考慮到鋰離子電池實際使用條件具有顯著的時變特征，上述數據建模手段亦可為鋰離子電池剩余壽命的預測提供理論依據。

目前，國內外在時變應力壽命試驗和退化試驗數據建模方面的研究還比較少見。王越等對符合實際試驗條件的非恒定應力加速壽命試驗進行了研究，提出非恒定應力加速壽命試驗模型和相應的應力折合方法。楊廣斌通過對隨機應力作用下元器件損傷累積效應的研究，揭示了隨機應力下元器件可靠性與恒應力下元器件可靠性的內在聯系與區別。這些研究成果為時變應力下鋰離子電池循環壽命預測提供了借鑒。

發明內容：

本發明的目的是提供時變溫度應力下鋰離子電池循環壽命預測方法，它無需對試驗溫度進行嚴格控制，試驗成本低，易于推廣應用。此外，鋰離子電池在實際使用過程中環境溫度往往是時變的，可用容量退化模型為時變溫度下鋰離子電池剩余循環壽命預測提供了理論基礎。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明是采用以下技術方案：它采用的充放電制度如下：（1）靜置30min；（2）1C恒流充電至終止電壓4.2V，轉為恒壓充電至電流小于等于0.01C；（3）靜置30min；（4）1C恒流放電至截止電壓3.0V；（5）重復以上步驟44次。

本發明的預測方法為：用電池測試系統的6個通道，按照上述充放電制度，對6節單體電池分別進行循環壽命試驗，測試系統自動采集每個通道的電流、電壓等數據，用溫度傳感器采集儀采集每節單體電池表面溫度，并將溫度數據傳輸到電腦中；鋰離子電池循環壽命試驗在室溫下進行，電池表面溫度是外部環境溫度和內部電化學反應共同作用的結果，由于存在晝夜溫差，試驗過程中各節電池表面溫度約在15-30℃之間振蕩變化。

本發明無需對試驗溫度進行嚴格控制，試驗成本低，易于推廣應用。此外，鋰離子電池在實際使用過程中環境溫度往往是時變的，可用容量退化模型為時變溫度下鋰離子電池剩余循環壽命預測提供了理論基礎。

附圖說明：

圖1為本發明的測試系統結構圖，

圖2為鋰離子電池可用容量與溫度關系圖。

具體實施方式：

參照圖1，本具體實施方式采用以下技術方案：它采用的充放電制度如下：（1）靜置30min；（2）1C恒流充電至終止電壓4.2V，轉為恒壓充電至電流小于等于0.01C；（3）靜置30min；（4）1C恒流放電至截止電壓3.0V；（5）重復以上步驟44次。

本具體實施方式的預測方法為：用ACCEXP電池測試系統的6個通道，按照上述充放電制度，對6節單體電池分別進行循環壽命試驗，測試系統自動采集每個通道的電流、電壓等數據，用18B20溫度傳感器采集儀采集每節單體電池表面溫度，并將溫度數據傳輸到電腦中；鋰離子電池循環壽命試驗在室溫下進行，電池表面溫度是外部環境溫度和內部電化學反應共同作用的結果，由于存在晝夜溫差，試驗過程中各節電池表面溫度約在15-30℃之間振蕩變化。